阅读说明：本技术 不同光刻机之间的套刻匹配方法 (Alignment matching method between different photoetching machines ) 是由 王亚超 李玉华 于 2019-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种不同光刻机之间的套刻匹配方法,包括：提供预对位光刻版；利用第一光刻机,将0度预对位一次光刻图形形成于0度预对位圆片上,并将90度预对位一次光刻图形形成于90度预对位圆片上；利用第二光刻机,将0度预对位二次光刻图形形成于0度预对位圆片上,并将90度预对位二次光刻图形形成于90度预对位圆片上；测试0度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第一套刻量,和90度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第二套刻量；根据第一套刻量和第二套刻量对第二光刻机的参数进行调整,由此可实现0度角和90度角预对位的同时校准,有效解决了机台间预对位不匹配导致的对位失败的问题。(The invention relates to an alignment matching method among different photoetching machines, which comprises the following steps: providing a pre-alignment photoetching plate; forming a 0-degree pre-alignment primary photoetching pattern on a 0-degree pre-alignment wafer and forming a 90-degree pre-alignment primary photoetching pattern on a 90-degree pre-alignment wafer by using a first photoetching machine; forming a 0-degree pre-alignment secondary photoetching pattern on the 0-degree pre-alignment wafer and forming a 90-degree pre-alignment secondary photoetching pattern on the 90-degree pre-alignment wafer by using a second photoetching machine; testing a first alignment amount between the secondary photoetching pattern and the primary photoetching pattern on the 0-degree pre-alignment wafer and a second alignment amount between the secondary photoetching pattern and the primary photoetching pattern on the 90-degree pre-alignment wafer; the parameters of the second photoetching machine are adjusted according to the first set of engraving amount and the second set of engraving amount, so that the calibration can be carried out while the pre-alignment of the 0-degree angle and the 90-degree angle is realized, and the problem of alignment failure caused by the mismatch of the pre-alignment between the machines is effectively solved.)

不同光刻机之间的套刻匹配方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种不同光刻机之间的套刻匹配方法。

背景技术

在半导体器件的制造工艺中，通常需要将不同的掩模图案重叠到圆片上。为了保证半导体的导电性能，每层图案都需要与其它层图案具有较好的套刻(Overlay)精度。在生产过程中考虑到生产成本，往往会采用混合匹配来处理一些非关键层，因此需要实现不同光刻机之间的套刻匹配。

为了充分利用ASML扫描光刻机的有效视场，ASML机台需要同时作业0度角和90度预对位圆片，但是目前的ASML BMC只能用于0度角预对位校准，无法校准90度角预对位，导致机台一直在补偿0度角方向，而90度角方向预对位将往越来越差的方向漂移，从而导致对位失败。

发明内容

基于此，有必要针对相关技术中同时作业0度角和90度预对位圆片时，因无法校准90度角预对位导致的对位失败的问题，提供一种不同光刻机之间的套刻匹配方法。

一种不同光刻机之间的套刻匹配方法，用于实现第一光刻机和第二光刻机之间的套刻匹配，包括以下步骤：

提供预对位光刻版，预对位光刻版上形成有0度预对位一次光刻图形、0度预对位二次光刻图形、90度预对位一次光刻图形和90度预对位二次光刻图形；

利用第一光刻机，将0度预对位一次光刻图形形成于0度预对位圆片上，并将90度预对位一次光刻图形形成于90度预对位圆片上；

利用第二光刻机，将0度预对位二次光刻图形形成于0度预对位圆片上，并将90度预对位二次光刻图形形成于90度预对位圆片上；

测试0度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第一套刻量，和90度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第二套刻量；

根据第一套刻量和第二套刻量对第二光刻机的参数进行调整。

在其中一个实施例中，0度预对位一次光刻图形和90度预对位一次光刻图形均包括第一套刻测试标记和预对位圆片对位标记，0度预对位二次光刻图形和90度预对位二次光刻图形均包括第二套刻测试标记，第一套刻测试标记和第二套刻测试标记形状相同大小不同。

在其中一个实施例中，第一套刻测试标记和第二套刻测试标记为正多边形。

在其中一个实施例中，预对位圆片对位标记包括X方向预对位标记和Y方向预对位标记，其中，0度预对位圆片对位标记的X方向预对位标记与90度预对位圆片对位标记的X方向预对位标记呈对称关系，0度预对位圆片对位标记的Y方向预对位标记与90度预对位圆片对位标记的Y方向预对位标记相同。

在其中一个实施例中，预对位光刻版包括四个象限，0度预对位一次光刻图形、0度预对位二次光刻图形、90度预对位一次光刻图形和90度预对位二次光刻图形分别位于不同的象限内。

在其中一个实施例中，0度预对位圆片上形成有第一切口，90度预对位圆片上形成有第二切口，其中，在利用第一光刻机，将0度预对位一次光刻图形形成于0度预对位圆片上，并将90度预对位一次光刻图形形成于90度预对位圆片上之前，还包括：

对90度预对位圆片进行旋转，以使90度预对位圆片上的第二切口的方向与0度预对位圆片上的第一切口的方向相同。

在其中一个实施例中，在利用第二光刻机，将0度预对位二次光刻图形形成于0度预对位圆片上，并将90度预对位二次光刻图形形成于90度预对位圆片上之前，还包括：

根据形成于0度预对位圆片上的一次光刻图形中的预对位圆片对位标记和形成于90度预对位圆片上的一次光刻图形中的预对位圆片对位标记，对第二光刻机进行对位。

在其中一个实施例中，测试0度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第一套刻量，和90度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第二套刻量的步骤，是采用套刻测试设备测试第一套刻量和第二套刻量。

在其中一个实施例中，根据第一套刻量和第二套刻量对第二光刻机的参数进行调整，包括：

获取第一套刻量与第二套刻量之间的差值；

根据差值对第二光刻机的参数进行调整。

在其中一个实施例中，第一套刻量包括第一X方向偏移量、第一Y方向偏移量和第一旋转偏移量，第二套刻量包括第二X方向偏移量、第二Y方向偏移量和第二旋转偏移量，其中，根据差值对第二光刻机的参数进行调整，包括：

先根据第一旋转偏移量与第二旋转偏移量之间的差值对第二光刻机的旋转位置进行调整；

再根据第一X方向偏移量与第二X方向偏移量之间的差值对第二光刻机在X方向上的位置进行调整，并根据第一Y方向偏移量与第二Y方向偏移量之间的差值对第二光刻机在Y方向上的位置进行调整。

上述不同光刻机之间的套刻匹配方法，先利用第一光刻机，将预对位光刻版上的0度预对位一次光刻图形形成于0度预对位圆片上，并将90度预对位一次光刻图形形成于90度预对位圆片上，然后利用第二光刻机，将预对位光刻版上的0度预对位二次光刻图形形成于0度预对位圆片上，并将90度预对位二次光刻图形形成于90度预对位圆片上。然后，测试0度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第一套刻量和90度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第二套刻量，根据第一套刻量和第二套刻量对第二光刻机的参数进行调整，由此可实现0度角和90度角预对位的同时校准，有效解决了机台间预对位不匹配导致的对位失败的问题。

附图说明

图1为相关技术中0度预对位圆片和90度预对位圆片的示意图；

图2为一个实施例中不同光刻机之间的套刻匹配方法的流程图；

图3为一个实施例中预对位光刻版的示意图；

图4为一个实施例中第一套刻测试标记和第二套刻测试标记的示意图；

图5a和图5b为一个实施例中0度预对位圆片对位标记的示意图；

图5c和图5d为一个实施例中90度预对位圆片对位标记的示意图；

图6为一个实施例中一次光刻时0度预对位圆片和90度预对位圆片的位置示意图；

图7为一个实施例中一次光刻后0度预对位圆片和90度预对位圆片的示意图；

图8为一个实施例中二次光刻后0度预对位圆片和90度预对位圆片的示意图；

图9为一个实施例中对第二光刻机的参数进行调整的流程图；

图10为另一个实施例中对第二光刻机的参数进行调整的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

为了充分利用ASML扫描光刻机的有效视场，ASML机台需要同时作业0度角预对位的圆片(即0度预对位圆片)和90度角预对位的圆片(即90度预对位圆片)，如图1所示，但是目前的ASML BMC只有0度角预对位的标记，只能用于0度角预对位校准，无法量测和校准90度角预对位，导致机台一直在补偿0度角方向，而90度角方向预对位将往越来越差的方向漂移，当圆片不在ASML机台对位标记的观测范围(+/-31μm)内时，会出现对位失败。并且，ASML机台间的预对位差异只能从产品的结果推断，调整精度偏低，无法满足生产需求。基于此，本申请提供了一种不同光刻机之间的套刻匹配方法，用于实现第一光刻机和第二光刻机之间的套刻匹配，在一个实施例中，第一光刻机和第二光刻机为不同类型的扫描式光刻机。

图2为一个实施例中不同光刻机之间的套刻匹配方法的流程图，如图2所示，不同光刻机之间的套刻匹配方法包括以下步骤：

步骤202，提供预对位光刻版，预对位光刻版上形成有0度预对位一次光刻图形、0度预对位二次光刻图形、90度预对位一次光刻图形和90度预对位二次光刻图形。

具体地，可先设计0度角和90度角预对位测试图形，其中，0度角预对位测试图形包括：0度预对位一次光刻图形和0度预对位二次光刻图形，90度角预对位测试图形包括：90度预对位一次光刻图形和90度预对位二次光刻图形，然后将0度角和90度角预对位测试图形形成于同一预对位光刻版(掩模版)上。

在一个实施例中，预对位光刻版包括四个象限，0度预对位一次光刻图形、0度预对位二次光刻图形、90度预对位一次光刻图形和90度预对位二次光刻图形分别位于不同的象限内。例如，预对位光刻版采用6寸版，包含四个象限，每个象限的尺寸为10mm*10mm，每个象限内放置一个光刻图形，如图3所示，第一象限内放置0度预对位二次光刻图形，第二象限内放置0度预对位一次光刻图形，第三象限内放置90度预对位一次光刻图形，第四象限内放置90度预对位二次光刻图形，这样，预对位光刻版的上半部分用于0度角预对位的校准，预对位光刻版的下半部分用于90度角预对位的校准。

在一个实施例中，0度预对位一次光刻图形和90度预对位一次光刻图形均包括第一套刻测试标记和预对位圆片对位标记，0度预对位二次光刻图形和90度预对位二次光刻图形均包括第二套刻测试标记，第一套刻测试标记和第二套刻测试标记形状相同大小不同。

具体地，如图3所示，0度预对位一次光刻图形包括第一套刻测试标记和0度预对位圆片对位标记，0度预对位二次光刻图形包括第二套刻测试标记，第一套刻测试标记和第二套刻测试标记形状相同大小不同。在一个实施例中，第一套刻测试标记和第二套刻测试标记为正多边形，例如，为正方形、长方形、正六边形等。优选地，如图4所示，第一套刻测试标记和第二套刻测试标记为长方形，第一套刻测试标记作为套刻测试标记的外框，其长可以为80μm，宽可以为32μm，第二套刻测试标记作为套刻测试标记的内框，其长可以为10μm，宽可以为4μm。

同样地，90度预对位一次光刻图形包括第一套刻测试标记和90度预对位圆片对位标记，90度预对位二次光刻图形包括第二套刻测试标记，第一套刻测试标记和第二套刻测试标记形状相同大小不同。在一个实施例中，第一套刻测试标记和第二套刻测试标记为正多边形，例如，为正方形、长方形、正六边形等。优选地，如图4所示，第一套刻测试标记和第二套刻测试标记为长方形，第一套刻测试标记作为套刻测试标记的外框，其长可以为80μm，宽可以为32μm，第二套刻测试标记作为套刻测试标记的内框，其长可以为10μm，宽可以为4μm。

在一个实施例中，预对位圆片对位标记包括X方向预对位标记和Y方向预对位标记，其中，0度预对位圆片对位标记的X方向预对位标记与90度预对位圆片对位标记的X方向预对位标记呈对称关系，0度预对位圆片对位标记的Y方向预对位标记与90度预对位圆片对位标记的Y方向预对位标记相同。

具体而言，由于0度角和90度角的对位标记摆放不太一样，所以在设计时进行了区分。图5a和图5b为0度预对位圆片对位标记的示意图，如图5a所示，0度预对位圆片对位标记的X方向预对位标记包括左半部分和右半部分，其中左半部分尺寸为16μm，右半部分尺寸为17.6μm；如图5b所示，0度预对位圆片对位标记的Y方向预对位标记包括上半部分和下半部分，其中上半部分尺寸为17.6μm，下半部分尺寸为16μm。图5c和图5d为90度预对位圆片对位标记的示意图，如图5c所示，90度预对位圆片对位标记的X方向预对位标记也包括左半部分和右半部分，但是左半部分尺寸为17.6μm，右半部分尺寸为16μm，与0度预对位圆片对位标记的X方向预对位标记呈对称关系；如图5d所示，90度预对位圆片对位标记的Y方向预对位标记也包括上半部分和下半部分，其中上半部分尺寸为17.6μm，下半部分尺寸为16μm，与0度预对位圆片对位标记的Y方向预对位标记相同。

步骤204，利用第一光刻机，将0度预对位一次光刻图形形成于0度预对位圆片上，并将90度预对位一次光刻图形形成于90度预对位圆片上。

具体地，可利用第一光刻机，将预对位光刻版上的0度预对位一次光刻图形曝光到0度预对位圆片上，并采用蚀刻的方法将图形固定在0度预对位圆片上，以及将预对位光刻版上的90度预对位一次光刻图形曝光到90度预对位圆片上，并采用蚀刻的方法将图形固定在90度预对位圆片上，即，在一次光刻中，实现对0度预对位圆片和90度预对位圆片的同时作业，以在不同的圆片上同时形成一次光刻图形，具体如图7所示。其中，第一光刻机优选使用预对位稳定的光刻机，通常是作业产品片的机台，以保证预对位的准确性。

在一个实施例中，0度预对位圆片上形成有第一切口，90度预对位圆片上形成有第二切口，其中，在步骤204之前，还包括：对90度预对位圆片进行旋转，以使90度预对位圆片上的第二切口的方向与0度预对位圆片上的第一切口的方向相同。例如，保持图1中的0度预对位圆片的位置不变，然后将90度预对位圆片进行旋转，以使其切口的方向与0度预对位圆片的切口方向相同，如图6所示，以便于通过同一光刻机实现0度预对位圆片和90度预对位圆片的同时作业。

步骤206，利用第二光刻机，将0度预对位二次光刻图形形成于0度预对位圆片上，并将90度预对位二次光刻图形形成于90度预对位圆片上。

具体地，在完成一次光刻后，可利用第二光刻机，将预对位光刻版上的0度预对位二次光刻图形曝光到基于上一步骤获得的0度预对位圆片上，并将预对位光刻版上的90度预对位二次光刻图形曝光到基于上一步骤获得的90度预对位圆片上，即，在一次光刻中，实现对0度预对位圆片和90度预对位圆片的同时作业，以在不同的圆片上同时形成二次光刻图形，具体如图8所示。在此过程中，0度预对位圆片和90度预对位圆片均不旋转，即保持当前位置不变。

在一个实施例中，在步骤206之前，还包括：根据形成于0度预对位圆片上的一次光刻图形中的预对位圆片对位标记和形成于90度预对位圆片上的一次光刻图形中的预对位圆片对位标记，对第二光刻机进行对位。也就是说，在利用第二光刻机将二次光刻图形形成于相应的圆片上之前，还需要对位一次光刻留下的对位标记，即对位图7中0度预对位图片对位标记和90度预对位图片对位标记，以对第二光刻机和第一光刻机进行预对位匹配。

步骤208，测试0度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第一套刻量，和90度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第二套刻量。

在一个实施例中，测试0度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第一套刻量，和90度预对位圆片上二次光刻图形与一次光刻图形间的第二套刻量的步骤，是采用套刻测试设备测试第一套刻量和第二套刻量。具体地，可通过套刻测试设备(如，ACCENTQ200机型，其测试倍率30X)量测二次光刻与一次光刻之间的套刻量(即套刻精度)，包括0度预对位圆片上0度预对位二次光刻图形与0度预对位一次光刻图形间的套刻量，记为第一套刻量，以及90度预对位圆片上90度预对位二次光刻图形与90度预对位一次光刻图形间的套刻量，记为第二套刻量。

步骤210，根据第一套刻量和第二套刻量对第二光刻机的参数进行调整。

具体地，在获得第一套刻量和第二套刻量之后，根据第一套刻量和第二套刻量对第二光刻机的参数进行调整，以使第二光刻机与第一光刻机预对位匹配。

在一个实施例中，如图9所示，根据第一套刻量和第二套刻量对第二光刻机的参数进行调整，包括：

步骤902，获取第一套刻量与第二套刻量之间的差值。

在一个实施例中，第一套刻量包括第一X方向偏移量、第一Y方向偏移量和第一旋转偏移量，第二套刻量包括第二X方向偏移量、第二Y方向偏移量和第二旋转偏移量。

具体地，圆片上两个层次的叠对，一般可以用以下几个参数来描述：X/Y方向偏移量和旋转偏移量。其中，X/Y方向偏移量有两种情况，一种是对称的，即在整片圆片上二次光刻形成的图形相对于一次光刻形成的图形的偏移是一致的，例如，圆片上的四个第二套刻测试标记相对于各自对应的第一套刻测试标记的偏移均一致；另一种是非对称随机的，即在圆片各位置上二次光刻形成的图形相对于一次光刻形成的图形的偏移是变化的，例如，圆片上的四个第二套刻测试标记相对于各自对应的第一套刻测试标记的偏移均不同。旋转偏移量是指圆片上二次光刻形成的图形相对于一次光刻形成的图形发生了旋转。

一般圆片上两个层次的叠对偏差是上述几个参数共同作用的结果，利用套刻测试设备测试圆片上多个位置的套刻可获得套刻参数，如，0度预对位圆片上，二次光刻形成的图形相较于一次光刻形成的图形的X方向偏移量、Y方向偏移量和旋转偏移量，依次记为第一X方向偏移量、第一Y方向偏移量和第一旋转偏移量，以及90度预对位圆片上，二次光刻形成的图形相较于一次光刻形成的图形的X方向偏移量、Y方向偏移量和旋转偏移量，依次记为第二X方向偏移量、第二Y方向偏移量和第二旋转偏移量。

需要说的是，本实施例是利用套刻测试设备测试圆片上多个位置的套刻以获得套刻参数，所以在设计套刻测试标记时，套刻测试标记的个数需要大于等于三个，优选地，套刻测试标记的个数为四个，这样可以在减少计算量的同时保证测试的准确度。另外，套刻测试标记的位置可根据实际情况进行确定，例如，可以在光刻图形的四个角上设置相应的套刻测试标记，也可以在光刻图形的每条边的中间位置处设置相应的套刻测试标记，具体这里不做限制。

步骤904，根据差值对第二光刻机的参数进行调整。

在一个实施例中，如图10所示，根据差值对第二光刻机的参数进行调整，包括：

步骤1002，先根据第一旋转偏移量与第二旋转偏移量之间的差值对第二光刻机的旋转位置进行调整。

步骤1004，再根据第一X方向偏移量与第二X方向偏移量之间的差值对第二光刻机在X方向上的位置进行调整，并根据第一Y方向偏移量与第二Y方向偏移量之间的差值对第二光刻机在Y方向上的位置进行调整。

具体而言，在获得偏移量之后，利用软件就可以计算出相应的调整参数，然后基于调整参数，以第一光刻机为基准，对第二光刻机的参数进行调整，并且在调整过程中，优先根据旋转偏移量对第二光刻机的旋转位置进行调整，然后再根据X方向偏移量和Y方向偏移量对第二光刻机在X方向和Y方向上的位置进行调整，这样可以减少调整的次数，实现快速调整。

例如，可先对0度预对位圆片的第一旋转偏移量和90度预对位圆片的第二旋转偏移量进行比较，计算出两者间的差值，基于该差值计算出相应的调整参数，并基于该调整参数对第二光刻机的旋转位置进行调整，以在旋转方向上同时补偿0度角和90度角。然后，再对0度预对位圆片的第一X方向偏移量和90度预对位圆片的第二X方向偏移量进行比较，计算出两者间的差值，基于该差值计算出相应的调整参数，并基于该调整参数对第二光刻机在X方向上的位置进行调整，以在X方向上同时补偿0度角和90度角，或者，对0度预对位圆片的第一Y方向偏移量和90度预对位圆片的第二Y方向偏移量进行比较，计算出两者间的差值，基于该差值计算出相应的调整参数，并基于该调整参数对第二光刻机在Y方向上的位置进行调整，以在Y方向上同时补偿0度角和90度角，从而使得二次光刻与一次光刻之间的偏移量为零，实现第二光刻机与第一光刻机之间的套刻匹配，有效避免了因套刻不匹配导致的对位失败问题。

最后，将校准后的结果进行保存。

上述不同光刻机之间的套刻匹配方法，可以定量分析机台间的0度角和90度角预对位，实现0度角和90度角预对位的同时校准，从而有效减少机台间预对位不匹配导致的对位失败的问题，同时有效解决了相关技术中只能从产品的结果推断导致的调整精度偏低，无法满足生产需求的问题，而且整个方法简单、校准速度快且准确度高，具有普遍的适用性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。